研讀筆記: Achieving polymorphism in C

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全文主要是翻譯原文，並記錄自己的閱讀。

Introduction

在這篇文章中我們的目的是建構一個指向 Shape 物件的指標陣列，每一個 Shape 指向物件 Circle、Square、Goat 等不同物件，皆以純 C 實現。

Airticle

先建立三個結構。

struct Square{
    int width;
    int height;
};

struct Circle{
    float radius;
};

struct Triangle{
    int base;
    int height;
}; 

印出來看看。

printf("size of square is %d\n", sizeof(struct Square));
printf("size of Circle is %d\n", sizeof(struct Circle));
printf("size of Triangle is %d\n", sizeof(struct Triangle));

結果如下。

//size of cube is 8
//size of circle is 4
//size of triangle is 8 

可以注意到這邊的結構中的成員在記憶體中很巧妙的對齊。

以下的輸出結果是 1，印出了 Square 前面 4 個 bytes 的值。

struct Square square;
square.width = 1;
square.height = 2;
printf("the first 4 bytes of square are %d", (*(int*)(&square)))

以下這個也是印出 1。

printf("the first 4 bytes of square are %d\n", square); //this works? 

operand & 會給我們 square 這個結構一開始的記憶體位置，這個也能印出來，但是我們要把她轉成 int 的地址。

printf("the first 4 bytes of square are %d\n", &square); 

這樣我們就可以印出來 int 用我們轉乘的 int 指標。

printf("the first 4 bytes of square are %d\n", (int*)&square); 

這個也就是我們第一個範例做的事情，但是在我們印出來之前，可以選擇要移動指標。

printf("the second 4 bytes of square are %d\n", (*(int*)&square + 1)); 

接下來是 function pointers，C 對待 function pointer 就跟其他 member 一樣。底下是一個函式不用吃任何參數也不用回傳值。

void print_square( void ){
    printf("Hello Square\n");
} 

function pointer 宣告在結構當中。

struct Square{
    int width;
    int height;
    
    //now for functions
    void (* print)( void );
    float (* area)( struct Square * this );
}; 

就像剛剛提到的，我們要建立 Square 需要手動去設定每個成員對應的值，會需要 constructor。

void init_square( struct Square * square, int w, int h ){
    (*square).print = print_square;
    (*square).width = w;
    (*square).height = h;
    (*square).area = calc_square_area;
} 

所有結構都要宣告。

struct Square square;
struct Circle circle;
struct Triangle triangle;
    
init_square( &square, 2, 2 );
init_circle( &circle, 7.7 );
init_triangle( &triangle, 2, 3 );
    
square.print();
circle.print();
triangle.print();
    
printf("the area of the square is %f\n", square.area(&square));
printf("the area of the circle is %f\n", circle.area(&circle));
printf("the area of the triangle is %f\n", triangle.area(&triangle)); 

接下來，讓我們來建立結構 Shape，讓三個物件繼承他。

//abstract father class
struct Shape{
    void (* print)( void );
    float (* area)( struct Shape * this );    
}; 

如果幫剛剛的 Square 改成用 Shape 呼叫 print 函式，會發生甚麼事呢?

struct Shape * pointer = (struct Shape *)□
(*pointer).print();    //?? what is going to happen?? 

會得到 segmentation fault。那我們再回來討論這些結構的記憶體。

在 Shape 當中的 print 函式是在最開頭的 4 bytes，但是在 Square 當中是第三個 4 bytes。
當我們把一個指向 Square 指標轉成指向 Shape 的指標，記憶體是不變的(untouched)，記住，轉型通常是不會改變內部記憶體的任何東西，除非是依些 dynamic casting。

現在讓我們來解決這個問題，填滿前面 8 bytes。

struct Shape{
    char padd[8];
    void (* print)( void );
    float (* area)( struct Shape * this );    
}; 

最後。

struct Shape * shapes[3];
shapes[0] = (struct Shape *)□
shapes[1] = (struct Shape *)&circle;
shapes[2] = (struct Shape *)▵
    
int i;
for(i=0; i<3; ++i){
    (*shapes[i]).print();
    printf("%f\n\n", (*shapes[i]).area(shapes[i]));
} 

這就是很基本的用 OOP 觀念實作多形(polymorphism)。